煤矿采煤机智能化关键技术探析

张 迪

（运城职业技术大学， 山西 运城 044000）

0 引言

进行煤矿开采作业的过程中， 运用采煤机可促进综合开采质量的提高。 同时，智能化关键技术的运用，属于保证煤矿采煤机应用时各项操作均可以实现标准的基础。 由此可见， 增强对煤矿采煤机智能化关键技术的研究，意义重大。

1 采煤机概述

当前， 我国大功率采煤机装备在年采煤量方面已经到达千万吨， 并且采煤机智能化技术也处在国际前列[1]。采煤机属于综采成套装备中的重要设备之一， 主要由截煤机发展而来。 同时，采煤机还是一种大型的复杂系统，其主要集机械、液压和电气等为一体，通常在环境恶劣的情况下开展工作，若应用过程中产生故障，那么就会使得煤矿开采作业出现中断的情况，并引起巨大经济损失，若情况严重还有可能造成人员伤亡。另外，作为煤矿开采现代化与机械化的主要设备，通过对采煤机的正确运用，可让采煤作业人员劳动量得到降低， 促进作业安全性的提高，并提高采煤效率，降低各类能源消耗量。

2 煤矿采煤机智能化关键技术手段分析

2.1 采煤机状态感知技术

（1）采煤机定位技术。 对于采煤机而言，主要根据刮板输送机导轨走向对行走轨迹进行明确， 会直接影响液压支架自动调直， 并且还直接决定了作业面煤壁截割笔直程度，进而为截割滚筒自动调高提供参考。 因此，采煤机综采作业智能化中， 地址空间三维定位是一种极为重要的技术。 现阶段，在采煤机定位原理方面主要为无线传感网定位、地理信息系统定位、红外线定位、超声波定位等[2]。 本文主要以地理信息系统定位为对象，展开了相关探讨。

立足于地理信息系统， 对采煤机开展定位定姿的技术原理如图1 所示。 将惯性导航装置安装到采煤机中，能够明确其姿态与行走方位； 在机身的摇臂和铰接轴上对轴编码器进行安装，可测量摇臂旋转角；将轴编码器安装在采煤机行走部位，可测量行走速度与距离。

图1 采煤机定位定姿技术原理Fig.1 Shearer positioning and attitude technology principle

（2） 煤岩界面感知。 自然成藏的煤层边界缺乏规则性，且煤层夹岩石、底板岩石上升和顶板岩石下陷的状况十分普遍，若无法自动识别煤岩界面，那么就达不到无人化综采的效果。 现阶段，煤岩界面识别技术主要包括三类，即r 射线探测、激光探测、雷达探测。 最近几年，在综采作业中，多参数协同感知法十分常用，同时获得了较为显著的效果[3]。 这种方式主要对采煤机摇臂震动、截割噪声、滚筒转矩驱动电流等进行了检测，借助径向基函数神经网络有效整合各传感器检测结果，以便于准确识别煤岩。

2.2 记忆截割技术

现阶段，主要涉及20 多种煤岩分解方式，其中记忆截割技术的应用十分广泛。 对于采煤机记忆截割流程而言，主要涉及三个阶段，即路径记忆、自适应调高、人工修正。其中，第一阶段指的是对记忆、收集、处理等需要进行截割路径的相关参数； 第二阶段表现为通过采煤机截割滚筒自动调高煤岩层地质变化形成的数据误差； 第三阶段则为煤层地质条件出现强烈变化后， 为了保证生产安全，在截割滚筒难以自动调高的状况下，对采煤机运动轨迹进行人工修正，同时修正结果会被记录，若出现类似状况，采煤机能够结合极易调高。 要想提高记忆精度，自动截割时， 采煤机一般运用关键记忆点以及常规记忆点结合的方法，需进行人工调节的点为关键记忆点，采煤机能够自动调高的点则为常规记忆点， 此方式可以夯实采煤机后续调高与自动截割的数据基础。 图2 为采煤机记忆截割单元逻辑传感器的构成。 开采智能化采煤机作业的过程中，应先运用破碎部将大块煤层破碎，再通过截割部截割煤壁， 对截割状态进行控制的电动机能够识别停机与启动状态信号。联动控制截割与破碎电动机，应在逻辑传感器中设置启动保护、 连锁停机以及连锁启动等相关控制形态，整体设置截割部和破碎部运行状态后，采煤机方可进行自动化作业。

图2 采煤机截割单元逻辑传感器状态迁移Fig.2 Logical sensor state migration of shearer cutting unit

2.3 故障感知技术

煤矿开采和井下工作环境条件恶劣， 超负荷运转会让采煤机产生各类故障。 对于传统采煤机故障诊断方式而言，主要通过作业人员现场检测，亦或是结合经验进行推测，科学性不强[4]。 故障感知技术表现为采煤机传感器发展故障后，通过统一收集的方式对数据进行规整，同时和全部机器的标准数据进行比较， 进而诊断出问题的基础。借助现代智能感知技术，对采煤机故障感知模型进行构建，见图3。

图3 采煤机故障诊断模型Fig.3 Shearer fault diagnosis model

2.4 远程可视化监控技术

其一，采煤机远程控制的构成。煤矿井下作业复杂性较强，具有很高的危险性，所以，运用远程监控可视化技术可以使井下采煤机和作业人员的安全得到保证。 采煤机远程监控主要的组成部分有参数化控制、 采煤机远程监测、传感信息融合、电动机启停控制、本地远程控制器等。 远程监测运用互联网把远程控制系统和各类传感器整合在一起， 实现数据采集、传递、报警等相关工作。 其二，3DVR 在远程控制中的运用。 要想对井下作业与无人采煤机工作状态进行全面掌握，远程控制融合了3DVR 技术，该技术指的是结合数据库采煤机数据，对三维虚拟空间进行建立，之后在借助远程监控平台对无人采煤机展开操控， 进而使采煤机可视化工作的目标顺利实现。

2.5 记忆割煤技术

在采煤机中，记忆割煤技术这种智能化技术运用较为广泛，包含内容多样。例如，安全措施、设备定位、记忆割煤应用等。 其中，设备定位属于确保煤矿开采作业顺利进行的基础条件之一，即设备定位精确度与煤矿开采作业效率之间呈正比关系。 并且，煤矿开采过程中需要对回采面端头数据进行收集，以便于构建坐标体系。 坐标体系通常将采煤机作为原点，可以对设备安装位置进行准确定位。 在了解采煤机安装位置后，通过倾斜角传感装置测量和收集采煤机偏转角、俯仰角等数据信息，再借助惯性导航推算法，便可以将设备的具体摆放情况和位置充分了解到。

2.6 无线网络传输技术

开展煤矿开采作业的过程中， 需要确保采煤机智能化技术的运用效果， 促进煤矿开采效率与质量的全面提高[5]。对此，通过对无线网络传输技术的运用，可满足采煤机设备的使用要求。 同时，设置无线网络的过程中，相关技术人员应以采煤机装置的运用要求为基础， 对使用采煤机设备中各类参数数据的完整性进行分析， 可顺利实现提高数据运用安全性、可靠性等相关目标。 并且，全面考量无线交换机的装置特点， 对无线交换机配套设备均可以资源系统设置展开深入分析， 以此使采煤机装置控制器设计更加科学合理， 有效提升无线网络传输技术水平，将监督管理煤矿开采的作用最大化体现出来，加强应用效果。

3 结束语

综上所述，在煤矿无人化综采作业中，智能化采煤机发挥着极为重要的作用，这种设备主要以自动故障诊断、自动定位、自动截割调高、自动煤岩感知等先进科技为基础，从智能化上确保了煤矿开采工作顺利进行。 未来，需继续提高煤矿行业的科技投入，优化运营模式，引进先进技术，推动煤矿开采现代化转型，加强煤矿井下开采的安全性以及自动化、智能化水平。